В умовах поставленого завдання, сказано, що відносне подовження датчика не повинно перевищувати 0,1%, це обмеження пов'язане з тим, що у пружного елемента існує гістерезис, повзучість, а також на датчик сили діють фактори навколишній середовища.
Матеріалом для пружного елемента датчика була обрана пружинно - ресора сталь марки 455CD6. Перевагою рессорно - пружинної сталі полягає в тому, що вона забезпечує високий опір при малих пластичних деформаціях [12]. Дана властивість сталі забезпечує точність і надійність роботи пружного елементу.
Нижче представлені розрахунки параметрів пружного елемента
Для виконання розрахунків конструкції пружного елемента необхідно знати значення модуля Юнга (E). Модуль пружності характеризує властивості матеріалів чинити опір розтягуванню / стисненню при пружною деформації.
Для рессорно - пружинної сталі
В технічних умовах, заданих для даної курсової роботи дано:
. довжина пружного елемента l=90мм,
. межа вимірювань m=20кг
. відносне подовження
. Ширина пружного елемента b=20мм
Значення сили, що діє на пружний елемент обчислюється за другим законом Ньютона [13]:
F =,
де m - маса допустимого навантаження на датчик,
g - прискорення вільного падіння на поверхню Землі (g=9, 80665). Значення механічної деформації консольної балки визначається виразом:
,
Де l - довжина пружного елемента,
b - ширина пружного елемента
x - відстань на консольної балки до тензорезистора
h - висота пружного елемента
Знаючи значення, всіх перераховані вище параметри можна обчислити висоту пружного елемента h:
На рис. 6 схематично зображено пружний елемент у вигляді консольної балки постійного перетину з наклеєними на нього тензорезисторами. Також на рис. 6 вказано розташування тензорезисторів щодо місця кріплення пружного елементу.
Рис. 6 Схематичне уявлення пружного елемента датчика постійного перетину з наклеєними на нього тензорезисторами
Деформація розтягування пружного елемента в місцях кріплення тензорезисторов можна визначити:
При l=20мм
При l=70мм
Деформація стиснення має те ж значення, що і деформація розтягування, але деформація стиснення має негативне значення.
Проаналізувавши отримані значення механічної деформації пружного елемента датчика, можна зробити висновок, що найбільше відносне подовження відбувається в точці кріплення пружного елемента до опори, а на кінці пружного елементу - мінімальна ступінь гнучкою деформації.
2.2 Вимірювальна ланцюг
На рис.7 зображена, схема підключення 4-х тензорезисторів в міст Уїтсон. Два тензорезистора сприймають деформацію розтягування, а два тензорезистора деформацію - стиснення.
Використання чотирьох тензодатчиків у схемі необхідно для підвищення чутливості схеми вимірювання та компенсації температурної похибки.
Рис.7 Схема підключення тензорезисторів в міст
Опір тензорезисторів візьмемо рівним:
Змін...
